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基于ATmega16的礦井斜巷視頻監控切換裝置
--本文來源:上海閏安工業傳感器有限公司
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摘要:針對礦井斜巷視頻監控系統,設計了以ATmega16單片機作為主控單元的聯動切換裝置,利用ATmega16中斷單元采集增量式旋轉編碼器的脈沖信號,并對數據進行相應的處理,再通過RS485總線輸出有效地驅動視頻矩陣的實時切換。此外,通過外接的LCD1602液晶可實時地顯示絞車位移。對裝置的整體功能設計,硬件電路和軟件設計進行了詳細的闡述。
 

0  引言
 

礦井主斜巷是礦井各采區材料運輸的主要通道,同時也是礦井生產中事故頻繁發生的地點。特別是在絞車的上下場和岔道處,經常有跑車或車輛脫軌掉道等事故發生。基于ATmega16單片機主控切換裝置的礦井斜巷絞車視頻實時監控系統是為了解決斜巷運輸的安全,減少礦井下事故的發生。相比以往的PLC主控切換裝置,利用單片機作為視頻切換主控裝置,不僅可以節約成本,而且在性能上更加可靠。在事故發生時,能夠及時準確的找出事故發生地點,方便采取正確的處理措施。
 

1  系統的總體設計
 

該系統主要由主控制單元、編碼器輸入模塊、鍵盤模塊、電源模塊、JTAG接口、RS485通信模塊和液晶顯示模塊組成。旋轉編碼器模塊作為信號的輸入前端,單片機通過采集由它傳來的脈沖信號進行分離分析處理,一方面可計算出絞車位移送往液晶模塊進行顯示,另一方面可作為RS485接口的輸出控制信號來驅動視頻切換矩陣。并且系統配有JTAG接口用于對裝置的程序調試。為了使監控人員能主動切換,通過對單片機PA0,PA1進行按鍵控制,使裝置能根據需要手動進行上、下切換。
 

2  增量式編碼器模塊實現
 

質量是編碼器是直接利用光電轉換原理輸出3組方波脈沖A、B和Z相;A、B兩組脈沖相位差90度,從而可方便的判斷出旋轉方向,Z相為每轉1圈,用于基準點定位。它的優點是原理構造簡單,機械平均壽命可在幾萬小時以上,抗干擾能力強,可靠性高,適用于長距離傳輸。該裝置使用的是歐姆龍增量型E6B2-CWZ6C   100P/R編碼器,其中100P/R代表了編碼器旋轉1周,編碼器A、B相分別發出100個脈沖信號。其中A相連接ATmega16的PD2口,B相連接PD4口。單片機可通過觸發外部中斷0來檢測A相脈沖進行計數,并且在中斷函數中可通過檢測PD4口電平的高低來判斷編碼器正轉還是反轉,即可判斷絞車是上升還是下降狀態。通過Z相和外部中斷1口相連,編碼器在轉過1圈后觸發外部中斷1來實現基準點定位。
 

3  液晶顯示及鍵盤模塊實現
 

LCD1602是可以顯示2行,每行16個字符的液晶模塊。該裝置中,LCD1602液晶第一行用于顯示絞車運行時所處的監控攝像頭的編號。第二行用于顯示絞車的位移。
 

4  RS485通訊模塊的實現
 

RS485與RS232不一樣,數據信號采用差分傳輸方式,具有抑制共模干擾的能力,因此在長距離傳輸時往往采用RS485通訊協議。并且RS485最大傳輸速率可達10Mbit/s。裝置中通過使用MAX487電平轉換芯片實現RS485的通訊,由于在該切換裝置中只需要單片機發送數據來驅動視頻切換矩陣,所以采用半雙工的接線方式,并且讓MAX487的驅動器輸出使能端口DE直接連高電平,這樣RS485將一直工作在發送狀態下。并且為了滿足對輸入、輸出電信號的隔離和信號的抗干擾能力,在單片機中串口輸出和MAX587芯片之間加入了光耦。
 

5  系統軟件流程設計
 

裝置主要實現了對絞車行駛位移的顯示以及對監控視頻矩陣的實時切換。開始對主控單元以及各單元模塊初始化,然后根據增量式旋轉編碼器輸入的脈沖信號進行判別絞車行駛方向并進行計數。在數據處理程序中,根據可計算出絞車位移送往液晶LCD1602進行顯示,根據絞車的位移得出所在攝像頭編號來提供給RS485接口驅動視頻切換矩陣的控制信號。在監控時,監控人員可根據需要控制按鍵k1,k2來實現手動切換。
 

6   結束語
 

設計了基于ATmega16單片機控制的多功能斜巷視頻監控切換裝置。產品調試結果表明:其帶有液晶顯示絞車位移和手動切換功能,方便了實時監控,并且采用ATmega16芯片作為微處理單元,無論在精度、實時性和可靠性上都比以往的PLC裝置有了很大的改進,并節約了大量成本。


 
 
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